DE2815200C3 - Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leistungserzeugung und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

Muster im Zentrum des Kerns. Der Nachladebrennsloff wird in den Ring nahe der Kernperipherie plaziert. Bei nachfolgender Nachladung wird dieses Schema wiederholt, wobei der frische Brennstoff in dem äußeren Ring plaziert wird, und die teilweise abgebrannten Brenn-Stoffchargen in den Innenbereich versetzt werden.

Bei einem Kern der beschriebenen Sauart liegt im wesentlichen ein Zweizonen-Kern vor, bei dem man eine deutliche Leistungsabflachung dank der Brennstoffanordnung erzielt, bei der der frischeste Brennstoff an der Peripherie liegt, eine Maßnahme, die teilweise einen Ausgleich bietet für die Leckage von Neutronen aus dem Kern durch die peripheren Bereiche.

Die Probleme, eine gleichförmige Leistungsverteilung zu erzielen, rühren teilweise von der Tatsache her, daß die im Mittelbereich des Kerns plazierten Brennstoffbaugruppen unveränderlich und unvermeidbar unterschiedlichen Abbrand aufweisen. Darüber hinaus haben Brennstoffbaugruppen, d^;~ in den Zentralbereich des Kerns von dem peripheren Bereich verbracht worden sind, nicht den gleichen Grad des Abbrandes von einer Seile der Baugruppe zur anderen, was zum Ergebnis hat, daß r'ie höhere Leistung auf einer Seite der Baugruppe als auf der anderen erzeugt wird. Die in Querrichtung ungleichförmigen Abbrände ergeben sich aus der Plazierung der Brennsioffbaugruppe in einem Bereich, bei dem während eines oder mehrerer Zyklen ein Neutronenflußgradient vorlag.

Um dieses Problem zu lösen, ist bereits bekannt, den Kern in seinen »heißesten« Bereichen zu »dämpfen«. Diese Lösung ist jedoch mit zahlreichen Schwierigkeiten behaftet, da es nur selten möglich sein wird, Neutronengiftstäbe (Dämpfungssläbe) in den erwünschten Abschnitt des Kerns willkürlich einzufügen. Die bisher üblichen Brennstoffbaugruppen waren nicht so ausgelegt, daß man sie ohne weiteres zerlegen konnte, um einen Brennstoffstab durch einen Neutronengiftstab zu ersetzen, oder die Brennstoffstäbe innerhalb der Baugruppe selbst umzusetzen. Eine jüngere Konstruktion für Kernbrennstoffbaugruppen sieht die Zerlegbarkeit derselben vor. Der Wiederzusammenbau solcher zerlegbarer Brennstoffbaugruppen bringt jedoch erhebliche Probleme mit sich, da die Brennstoffbaugruppen nach Bestrahlung während eines Betriebszyklus im hohem Maße radioaktiv sind. Deshalb muß man das Zerlegen und Wiederzusammenfügen der Brennsloffbaugruppe unter Manipulation der Brennstoffstäbe durch Fernsteuerung vornehmen. Darüber hinaus wäre ein solches Vorgehen extrem zeitaufwendig und entsprechend teuer, insbesondere unter Berücksichtigung der Zeit, während der der Reaktor keine Leistung liefert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktorkern und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Reaktors zu schaffen, bei dem eine gleichförmige Leistungsverteilung im Kern durch entsprechende Konzeption den Brennstoffbaugruppen erzielt wird, die auch nach Äußerung der Position der Brennstoffbaugruppen erhalten bleibt. Die Lösung dieser Aufgabe wird bei dem Kern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die Viaüiiahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruches erreicht.

Die Ansprüche 2 bis 4 beziehen sich auf einen bestimmten Typ von Reaktorkern, die Ansprüche 5 und 6 betreffen bestimmte Mittel zum Bewirken der verringerten Reaktivität, und der Anspruch 7 definiert das Verfahren der Brennstoffumsetzung.

Demgemäß umfaßt ein Reaktorkern gemäß der Erfindung Brennstoffbaugruppen, die absichtlich mit »Dämpfungs-« oder Neutronengiftstäben versehen sind, die vorzugsweise an den Peripherien der Brennstoffbaugruppen lokalisiert sind. Die »gedämpften« Brennstoifbaugruppen werden ihrerseits an der Peripherie des Kerns derart angeordnet, daß die Neutronengiftstäbe sich an der Peripherie des Kerns befinden. In nachfolgenden Betriebszyklen werden diese »vergifteten« Brennstofi'baugruppen in das Innere des Kerns verbracht, und die Neutronengifistäbe werden dabei so positioniert, daß exzessive örtliche Leistungsspitzen unterdrückt werden.

Die Neutronengiftstäbe der Brennstoffbaugruppen befinden sich in einer peripheren Reihe der Brennstoffbaugruppe und sind am zweckmäßigsten in den Eckpositionen der Brennstoffbaugriippen angeordnet. Je nach der Kernposition, die ursprünglich von den peripheren Brennstoffbaugruppen eingenommen worden ist, können die Brennstoffbaugruppen die Neutronengiftstäbe an einer, zwei oder auch drei Ecken aufweisen. Mit diesen drei Variationen hat die äußerste Reihe der Brennstoffbaugruppen im Kern »vergiftete« Brennstoffbaugruppen mit Neutronengiftstäben an allen Ecken, die am meisten von dem Neutronenflußgradienten beeinflußt werden, der an der Außenkante des Kerns vorliegt.

Die Zeichnung stellt schematisch den Grundriß eines Rekatorkerns dar. Der Kern 10 weist einen peripheren Bereich von Brennstoffbaugruppen 20 auf sowie einen zentralen oder inneren Bereich von Brennstoffbaugruppen 30. Jede der Brennstcffbaugruppen des Kerns ist konventionell ausgebildet, bestehend aus einer polygonalen Matrix von parallelen, sich in Längsrichtung erstreckenden Brennstoffstäben 18. Solche Brennstoffbaugruppen sind beispielsweise in der US-PS 39 71 575 beschrieben, wie sie gegenwärtig in Kernkraftdampfer zeugern benutzt werden. Jeder Brennstoffstab umfaßt generell einen Stapel von Uranoxidpellets, umgeben von einer geschlossenen Zirkaloy-Röhre. Der Reaktorkern 10 ist im allgemeinen innerhalb eines zylindrischen Druckbehälters eingeschlossen, und der Kern 10 wird der Zylinderform angenähert. Die quadratischen Brennstoffbaugruppen sind in dem Kern so angeordnet, daß dieser einen Grundriß erhält, der soweit als möglich rund ist.

Es ist nicht nur wünschenswert, einen näherungsweise zylindrischen Kern zu haben, damit dieser möglichst gut in den zylindrischen Druckbehälter hineinpaßt, sondern der Fachmann weiß auch, daß unter Berücksichtigung der Neutronenökonomie der Kern einen möglichst großen Innenbereich bei einer möglichst kleinen Außenfläche haben soll. In zwei Dimensionen wird dieser Forderung am besten durch einen Kreis Rechnung getragen. Die Neutronenökonomie ist eine wichtige Forderung, da die Kettenreaktion innerhalb des Kerns darauf beruht, daß genügend Neutronen zur Verfügung stehen. Es versteht sich jedoch, daß eine große Zahl von nach außen gerichteten Neutronen den Kern an der Peripherie verlassen, und wenn sie nicht von dem Medium außerhalb des Kerns reflektiert werden, gehen sie für den Zerfallsprozeß verloren. Infolge dieser Neutronenleckage an der Peripherie des Kerns und infolge der Tatsache, daß die Brennstoffbaugruppen an der Peripherie des Kerns an all ihren Seiten keine benachbarten Brennstoffstäbe aufweisen, existiert ein erheblicher Neutronenflußgradient an den peripheren Positionen.

Es wurde festgestellt, daß selbst dann, wenn alle Brennstoffbaugruppen im Kern ursprünglich mit einer gleichmäßigen Erstreaktivität starten, nach einem Brennstoffzyklus die peripheren Baugruppen einen Reaktivitätsgradienten aufweisen, da der oben erwähnte Neulronenfkißgradient zur Folge hat, daß die Brennstoffstäbe, die der Innenseite des Kerns zugekehrt sind, viel stärker ausbrennen, als jene Brennstoffstäbe, die der Außenseite des Kerns zugekehrt sind. Wenn in nachfolgenden Brennstoffzyklen die vorher peripheren Brennstoffbaugruppen in den Innenbereich des Kerns verbracht werden, führt das ungleichförmige Ausbrennen dieser Brennstoffbaugruppen zur Entstehung von Leistungsspitzen. Es folgt daraus, daß diese neu arrangierten Brennsloffbaugruppen die leistungsbegrenzenden Baugruppen im Kern sind, und infolgedessen erfordern, daß der Kern mit einer niedrigeren Gesamtleistung betrieben wird als sonst möglich wäre, da eine höhere mittlere Leistung diese früher peripheren Brennstoffbaugruppen zur Erzeugung von exzessiver Leistung veranlassen würde, mit daraus resultierender Überhitzung und Beschädigung.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen. Stäbe 22 mit verringerter Reaktivität, insbesondere neutronenabsorbierende Neutronengiftstäbe, in Peripheren Positionen einer ausgewählten Zahl von Brennsloffbaugruppen zu plazieren, die ihrerseits an der Peripherie des Kerns 10 während des ersten Betriebszyklus plaziert sind. Wie man erkennt, werden Neutronengiftstäbe 22 in dem Kern, die aus einem »verbrennbaren« Gift bestehen können, die Tendenz haben, die Leistung herunterzudrücken, die in dem örtlichen Bereich unmittelbar nahe den Griftstäben 22 erzeugt wird. Infolgedessen wird zunächst die Leistung rings um die Peripherie des Kerns abgesenkt. Der Verlust an Leistung infolge der Leistungsabsenkung an der Peripherie des Kerns durch die Neutronengiftstäbe 22 wird jedoch mehr als ausgeglichen in einem nachfolgenden Zyklus, wenn die früher peripheren Brennstoffbaugruppen von dem peripheren Bereich 20 versetzt werden in das Innere 30 des Kerns 10. Zu diesem Zeitpunkt we.den die örtlichen Leistungsspitzen, die sonst vorhanden wären infolge des Abbrenngradienten in den Brennstoffbaugruppen \2i, 14/ und 16/. die in den Innenbereich 30 von dem peripheren Bereich 20 verbracht worden sind, heruntergedrückt durch die Neutronengiftstäbe 22. die sich nun in der genau richtigen Position befinden, um am wirksamsten eine lokale Leistungsspitzenverringerung zu bewirken. Auf diese Weise kann der Gesamtleistungspegel des Kerns 10 angehoben werden, da die vorher begrenzenden örtlichen Leistungsspitzen durch die örtlich plazierten Giftstäbe 22 unterdrückt werden.

Bei einem typischen Reaktorkern 10. wie in der Zeichnung dargestellt, hat es sich gezeigt, daß drei verschiedene Typen von »gedämpften« Brennstoffbaugruppen 12, 14 bzw. 16 erforderlich sind. Die Brennstoffbaugruppen 12 sind jene Brennstoffbaugruppen, die sich an den »Ecken« ders Kerns befinden derart, daß die Brennstoffbaugruppen 12 benachbarte Baugruppen nur auf zwei Seiten aufweisen. Demgemäß sind drei Ecken der »Eckbaugruppen« 12 an der Peripherie des Kerns angeordnet. In einer solchen Baugruppe hat es sich gezeigt, daß es wünschenswert ist, drei Neutronengiftstäbe 22 an den drei äußeren Umfangsekken vorzusehen. Die Brennsloffbaugruppe 14 liegt nur mit einer Seite an der Peripherie des Kerns, während die anderen drei Seiten benachbart zu anderen Brennstoffbaugruppen liegen. In dieser Anordnung befinden sich also nur zwei Ecken der Baugruppen 14 an der Peripherie des eigentlichen Kerns. Demgemäß hat es sich gezeigt, daß Neutronengiftstäbe an zwei anstoßenden Ecken der Brennstoffbaugruppen 14 angemessen sind. Schließlich sind die Brennstoffbaugruppen 16 beinahe vollständig im Innern des Kerns eingefangen und sind an all ihren vier Seilen von benachbarten Brennstoffbaugruppen umgeben. Die äußerste Ecke der Brennstoffbaugruppen 16 jedoch befindet sich entweder an der Peripherie des Kerns oder beinahe an dieser Pheripherie, wobei es sich gezeigt hat, daß zweckmäßigerweise ein Neutronengiftstab 22 an der einen äußersten Ecke der Brennstoffbaugruppen 16 anzuordnen isl. Typische Positionen 12λ 14/und 16/sind in der Zeichnung dargestellt für Brennstoffbaugruppen 12, 14 bzw. 16, die vorher an der Peripherie des Kerns plaziert waren, jedoch in eine Innenposition nach dem ersten Belriebszyklus verbracht worden sind. Zahlreiche weitere der Innenpositionen werden von solchen vorher peripheren Brennstoffbaugruppen eingenommen, sind in der Zeichnung jedoch nicht weiter markiert, um die Darstellung nicht unübersichtlich zu machen.

Bei der Herstellung von Brennstoffbaugruppen 12,14 und 16 ist zu beachten, daß das Einfügen eines Stabes 22 mit verringerter Reaktivität für einen der normalen Brennstoffstäbe 18 die konstruktive Auslegung der Brennstoffbaugruppe selbst nicht ändert, so daß ein einfacher Austausch ohne weiteres vorgenommen werden kann. Die Stäbe 22 können — wie oben erwähnt _ aus einem Neutronengift bestehen, wie Borcarbid (B4C). Wie bekannt, besteht die Praxis, das Borcarbid in eine Aluminiumoxidmatrix (AbO₁) in Form von Alumniumoxid-Borcarbid-Pellels einzubetten. Diese Pellets werden in einer Zirkonlegierungsröhre plaziert.

Die Zirkonröhre hat den gleichen Durchmesser und dieselbe Länge wie die Zirkonröhren, die für das Einkapseln der Brennstoffpellets bei einem der Brennstoffstäbe 18 verwendet werden.

In der bisherigen Erörterung wurde davon ausgegangen. daß der Stab 22 ein Neutronengift enthält. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung. Stäbe 22 vorzusehen, die irgendein Material mit einer geringeren Rekativität enthalten als die Reaktivität eines der Brennstoffstäbe 18. In diesem Falle kann der Stab 22 auch entweder ein weniger stark wirkendes Gift enthalten, ein inertes Material, das die Neutronen gar nicht beeinflußt, oder auch Brennstoffmaierial mit einer geringeren Anreicherung als die regulären Brennstoffstäbe 18. mit dem Ergebnis, daß das schwächere Brennstoffmaterial eine niedrigere Reaktivität hat als die regulären Stäbe 18.

Es soll jedoch noch einmal auf den Fall eingegangen werden, daß der Stab 22 ein Neutronengiftmateriai enthält Es ist dann wünschenswert, die Stäbe 22 so auszulegen, daß sie eine maximale Neutronenabsorptionsfähigkeit zu Beginn des zweiten Zyklus im Kern 10 aufweisen, jedoch auch derart, daß das Neutronengift während der Periode des zweiten Zyklus sich derart verbraucht, daß in etwa einen Anpassung an die Rate erfolgt, mit der die Reaktivität des Brennstoffs in benachbarten Brennstoffstäben 18 abnimmt.

Es ist demgemäß wünschenswert, genug Borcarbid vorzusehen, um die örtliche Spitzenleistung herunterzudrücken, die zu Beginn des zweiten Zyklus vorherrscht, jedoch nicht so weit, daß man einen Gesamtleistungsab-

fall über den Zyklus in Kauf nehmen muß. Zusätzlich ist zu beachten, daß zwar im Ausführungsbeispiel die Austauschstäbe 22 an den Ecken der Brennstoffbaugruppen 12, 14 und 16 angeordnet sind, daß es jedoch

ohne weiteres auch möglich ist, einen äquivalenten vorteilhaften Effekt zu erzielen durch Lokalisieren der Stäbe 22 an anderen Positionen als gerade an den Ecken. Man kann sich z.B. vorstellen, daß die Austauschstäbe 22 in peripheren Brennstcffbaugruppen-Positionen angeordnet werden, die zwar die Eckpositionen mit umfassen, jedoch nicht auf diese beschränkt sind.

Bei dem Betriebsverfahren für den Reaktor mit solchen speziellen Brennstoffbaugruppen werden zunächst die Positionen von Brennstoffbaugruppen im Kern bestimmt, die hohe Neutronengradienten während des Leistungsbetriebes aufweisen. Diese Positionen mit hohem Neutronenflußgradienten, die sich gewöhnlich in dem peripheren Bereich 20 befinden, werden dann zunächst mit den speziellen Brennstoffbaugruppen 12, 14 und 16 beschickt, die jeweils mindestens anstelle eines Brennstoffstabes 18 einen Stab 22 mit verringerter Reaktivität aufweisen. Der Reaktor wird dann während eines Zyklus betrieben, so daß der gesamte Brennstoff innerhalb des Kerns einem Abbrand entsprechend diesem Zyklus unterliegt. Am Ende dieses Zyklus wird ein Teil der Brennstoffbaugruppen im Innenbereich 30 des Kerns aus diesem entfernt. Die entfernten Brennstoffbaugruppen sind entweder verbrauchte Brennstoffbaugruppen, oder Brennstoffbaugruppen, die die geringste verbleibende Konzentration am spaltbaren Material enthalten. Nachdem die verbrauchten Brennstoffbaugruppen aus dem Kern entnommen worden sind, werden die verbleibenden Brennstoffbaugruppen neu innerhalb des Kerns in einer Art und Weise arrangiert, bei der der Gesamt-Spitzenleistungs-Faktor des Kerns 10 minimal gehalten wird. Dies bedeutet, daß nicht nur die verbleibenden Brennstoffbaugruppen neu zu positionieren sind, sondern daß auch die verbleibenden Brennstoffbaugruppen bezüglich ihrer Orientierung verdreht werden derart, daß der Spitzenfaktor am niedrigsten wird. Bei der Neupositionierung werden die Brennstoffbaugruppen 12, 14 und 16 mit den Stäben 22 in Positionen im Innenbereich verbracht, so daß die Kempositionen frei werden, die vorher als jene bestimmt worden sind, bei denen während des Leistungsbetriebes ein hoher Neutronenflußgradient vorliegt (gewöhnlich periphere Positionen). Neue Brennstoffbaugruppen, ebenfalls mit Stäben 22, werden dann in die freigewordenen Positionen mit hohem Flußgradienten eingefügt und der Betriebszyklus wird wiederholt. Mit dieser Maßnahme haben jene Brennstoffbaugruppen, die ursprünglich eine gleichförmige Reaktivität aufweisen, und einen Reaktivitätsgradienten während des ersten Abbrandzyklus wegen ihrer Positionen an der Peripherie annehmen, einen eingebauten Leistungsspitzenunterdrücker, repräsentiert durch die Stäbe 22, so daß bei nachfolgender Neupositionierung im Innenbereich des Kerns die örtlichen Leistungsspitzen unterdrückt werden, was wiederum eine insgesamt höhere Kernleistung ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leistungserzeugung, bei dem ein Teil der Brennstofibaugruppe mindestens während eines Betriebszyklus einem Neutronenflußgradienten quer zu ihrer Längserstreckung ausgesetzt ist und während eines nachfolgenden Betriebszyklus an eine andere Position des Kerns versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffbaugruppen dieses Teiles, in den Bereichen, die dem niedrigeren Neutronenfluß ausgesetzt sind, eine gegenüber den übrigen Bereichen der Brennstoffbaugruppe verrinterle Reaktivität aufweisen.

2. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leistungserzeugung nach Anspruch 1, bei dem die Brennsloffbaugruppen aus langgestreckten parallel nebeneinanderangeordenten Brennstoffstäben bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Stäbe in den Bereichen niedrigen Neulronenflusses der Brennstoffbaugruppe gegenüber den übrigen Stäben dieser Baugruppe verringerte Reaktivität aufweisen.

3. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kemraktors zur Leitungserzeugung nach Anspruch 2, bei dem die Brennstoffbaugruppen einen quadratischen Querschnitt aufweisen und der Kern einen polygonalen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die während des ersten Betriebszyklus in der Polygonperipherie angeordneten Brennstoffbaugruppen in den Bereichen niedrigeren Neulronenflusses Brennstoffstäbe verringerter Reaktivität aufweisen.

4. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leistungserzeugung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffstäbe verringerter Reaktivität bezüglich des Kernquerschnittes in den an der Kernperipherie liegenden Ecken der Brennstoffbaugruppen angeordnet sind.

5. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leistungserzeugung nach einem der Anprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verringerte Reaktivität durch ein Neutronengift bewirkt ist.

6. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leitungserzeugung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein abbrennbares Neutronengift verwendet ist.

7. Aus Brennstoffbaugruppen bestehender Kern eines Kernreaktors zur Leitungserzeugung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab mit verringerter Reaktivität nur Neulronengift enthält.

8. Verfahren zum Betrieb eines Kernreaktors mit einem Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zyklisch abgebrannte Brennstoffbaugruppen an Stellen aus dem Kern entfernt werden, wo der Neutronenflußgradirint gering ist, und die vorher an Stellen mit großen Neutronenflußgradienten angeordneten Brennstoffbaugruppen an die so freigemachten Stellen verbracht werden, während die von ihnen freigemachten Stellen mit Brennstoffbaugruppen besetzt werden, die in gleicher Weise örtlich verringerte Reaktivität aufweisen.

Die Erfindung betrifft einen aus Brennsloffbaugruppen bestehenden Kern eines Kernreaktors zur Leistungserzeugung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zu seinem Betrieb.
■5 Bekanntlich haben einzelne Brennstoffbaugruppen innerhalb eines Reaktorkerns und genauer gesagt, die sie bildenden Brennstoffsläbe, die Tendenz, ungleichförmig abzubrennen: Einige brennen schneller ab als andere aus Gründen, wie Nähe von Neutronenabsorbern, ungleichförmige Kühlmittelströmungsverteilung und Nähe zur Peripherie des Kerns, wodurch Neutronen verlorengehen als »Neutronenleckage«. Unter diesen Voraussetzungen arbeiten einige Brennstoffbaugruppen (örtliche Brennstoffstäbe) unter höheren Temperaturen als andere. Da ein einzelner Brennstoffstab mit großer Wahrscheinlichkeit beschädigt wird, wenn er mit excessiv hohen Temperaturen arbeitet, bestimmen die Wärmeströmung und die Wärmeabfuhrbegrenzung im Kern ein oberes Leistungslimit, bis zu dem jeder Brennstoffstab betrieben werden kann. Dieses obere Leistungsiimit muß dann für den »heißesten« Brennstoffstab im Kern beobachtet werden, anstatt für einen durchschnittlichen Brennstoffstab, da bei Anstieg der mittleren Leistung bis zum Leistungslimit der »heißeste« Stab ebenso wie zahlreiche weitere auf Leistungswerte getrieben wurden, welche das Leistungslimit überstiegen, und es ergäbe sich ein Versagen der betreffenden Stäbe.

Unter diesen Voraussetzungen und mit dem Wunsch, aus ökonomischen Gründen das Ausbrennen jeder einzelnen Brennstoffbaugruppe im Kern maximal zu machen, ergibt sich, daß es wichtig ist, den Reaktorkern mit einer Leistungsverteilung zu fahren, die so gleichmäßig wie möglich ist. Der Index, den man als ein Maß für Gleichförmigkeit der Leistungsverteilung definiert hat, ist der »Spitzenfaktor«, worunter man das Verhältnis der maximalen Leistungsdichte im Kern zur mittleren Leistungsdichte des Kerns versteht.

Es ergaben sich Schwierigkeiten bei der Lösung der Aufgabe, die Leistungsverteilung in Querrichtung des Kerns so gleichförmig wie möglich zu halten, oder — in anderen Worten — den Spitzenfaktor minimal zu halten. Industriell betriebene Kernreaktorkraftwerke werden im allgemeinen mit Brennstoffbeladungszyklen betrieben, an deren Ende etwa ein Drittel des am meisten verbrauchten Brennstoffs aus dem Kern entnommen wird, und durch eine Ladung frischen Brennstoffs ersetzt wird. Wenn der Reaktor erstmalig in Betrieb genommen wird, beschickt man den Kern im allgemeinen mit drei Typen von Brennstoffbaugruppen, die in ihrem mechanischen Konzept gleich sind, jedoch unterschiedlichen Gehalt an spaltbarem Material aufweisen. In späteren Brennstoffbeladungszyklen besieht der Brennstoff im Kern aus drei Chargen von Brennstoffbaugruppen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten in den Kern eingebracht worden sind, und sich hinsichtlich des Grades ihres Brennstoffabbrandes unterscheiden.

Die Anordnung des Brennstoffs im ersten Zyklus besteht aus einer alternierenden Matrix aus Brennstoffbaugruppen, die die niedrigeren beiden Anreicherungen im Zentrum des Kerns enthalten, während der am höchsten angereicherte Brennstoff sich in einem Ring rings um den Zentralbereich befindet. Bei der ersten Brennstoffnachladung werden die meisten der Brennstoffbaugruppen mit der niedrigsten Anreicherung ■entnommen, und die verbleibenden Brennstoffbaugruppen werden neu positioniert in einem alternierenden